1、武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书目 录摘要.11 设计要求与思路21.1 设计目的与要求.21.2 设计思路构想 .2 1.2.1 汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系 .21.2.2 汽车尾灯控制器功能描述.32 单元电路设计及方案比较 .42.1 秒脉冲电路的设计 .42.2 三进制计数器电路的设计.62.3 开关控制电路的设计. 82.4 尾灯状态显示电路的设计. .102.5 译码与显示驱动电路的设计.113 电路仿真与分析 .123.1 参数计算与器件选择 .123.2 电路仿真总电路图.133.3 汽车尾灯控制器电路的工作原理 .134 电路安装与调试.144.1 电路的安装
2、.144.2 电路的调试.145 对成果的评价及改进.14 结束语 .15参考文献16 附录 1 元件清单.17 附录 2 元器件管脚图18武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书1摘 要课程设计集数字电子技术、模拟电子技术和电路原理等理论知识于一体，目的是通过实践的方式将理论知识更牢固地掌握，更深地理解课本内容。培养我们的实际动手能力以及分析、解决问题的能力。本次课程设计的目的是通过 TTL 系列产品模拟制作出汽车的尾灯控制器。通过 NE555 来制作脉冲产生器，利用 J-K 触发器改制三进制的计数器和译码器的使用等一系列方法实现对汽车尾灯的模拟。本实验通过发光二极管模拟汽车尾灯来实现了汽车在
3、行驶时候的四种情况：正常行驶，左拐弯，右拐弯，临时刹车。关键字：汽车尾灯 控制器 脉冲产生 计数器 译码器 行驶状况武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书2汽车尾灯控制器的设计与制作1 设计要求与思路1.1 设计目的与要求设计目的：设计一个汽车尾灯控制器，实现汽车行驶时尾灯的控制状态。设计要求：汽车尾部左右各三个灯汽车正常行驶时全灭左转时左边三个灯循环点亮右转时右边三个灯循环点亮刹车时所有灯同时闪动选择元器件设计电路方案，阐述基本原理，进行仿真与调试，制作实际运行装置。1.2 设计思路构想总体构想：拟定本实验分为四个步骤进行：第一步设计出秒脉冲电路，第二步设计三进制电路，第三步控制开关的状态组
4、合，第四步设计尾灯状态显示电路。1.2.1 汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系为了区分汽车尾灯的 4 种不同的显示模式，需设置 2 个状态控制变量。假定用开关 K1 和 K2 进行显示模式控制，可列出汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系，如表 1.1 所示。（开关置 0 表示断开，置 1 表示闭合）表 1.1 汽车尾灯和汽车运行状态武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书31.2.2 汽车尾灯控制器功能描述在汽车左右转弯行驶时由于 3 个指示灯被循环顺序点亮，所以可用一个三进制计数器的状态控制译码器电路顺序输出高电平，按要求顺序点亮 3 个指示灯。设三进制计数器的状态用 Q1 和 Q0 表示，
5、可得出描述指示灯D1、D2、D3、D4、D5、D6 与开关控制变量 K1、K2，计数器的状态 Q1、Q0以及时钟脉冲 CP 之间关系的功能表如表 1.2 所示（表中指示灯的状态 “1”表示点亮，“0”表示熄灭）。表 1.2 汽车尾灯控制器功能表汽车尾灯控制器的结构框图如图 1.1 所示。开关电路 译码电路 显示驱动电路武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书4图 1.1 汽车尾灯控制器结构框图经分析，电路可由秒脉冲电路、开关控制电路、三进制电路、译码与显示驱动电路、尾灯状态显示 5 部分组成。首先应对每部分电路进行设计制作，然后对整体电路进行设计，组装。2 单元电路设计及方案比较2.1 秒脉冲电
6、路的设计方案一：采用环形多谐振荡器 由个数为奇数的非门串联起来，并将总的输出反馈到总的输入端，就构成了环形多谐振荡器，如图 2.1。从反馈的角度来讲，这种反馈属于负反馈。但由于非门电路在信号电平足够强的情况下，工作于开关状态，而且输出信号落后于输入信号，因此只要返回的输入与开始的输入总是相反的，就可以获得开、关动作状态的输出波形。因此只有负反馈才能实现这种要求。并且由于要尽量和课堂知识联系起来，所以不采用此电路。图 2.1 环形多谐振荡器 方案二：采用 555 定时器构成的多谐振荡器秒脉冲 三进制计数器 汽车尾灯武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书5555 集成电路是有集成运算放大器组成的单
7、门限电压比较器、基本 RS 触发器及工作在开关状态的双极型三极管或 MOS 管集成在一起的电路模块。 55定时器内部的比较器灵敏度高，输出驱动电流大，功能灵活，而且采用差分电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度的影响很小。所以其稳定性高，抗干扰能力强，可以采用此方案。555 定时器的管脚图如图 2.2 所示。 图 2.2 555 定时器的管脚图本实验采用一秒左右的周期脉冲，由 555 定时器构成的秒脉冲发生器的电路如下图 2.3 所示。武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书6图 2.3 由 NE555 构成的秒脉冲发生器2.2 三进制计数器电路的设计三进制计数的状态转换表如表 2.1。表 2.
8、1 三进制计数转换表能够实现三进制功能的方法有很多，利用各种具有计数功能的芯片均可实现此功能。如利用 74ls161，74ls192,74ls290 等，此外还可利用 J-K 触发器或D 触发器也能够实现三进制的功能。本实验选择 J-K 触发器或 D 触发器来实现三进制计数器电路。武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书7方案一：采用 D 触发器边沿 D 触发器:负跳沿触发的主从触发器工作时，必须在正跳沿前加入输入信号。如果在 CP 高电平期间输入端出现干扰信号，那么就有可能使触发器的状态出错。而边沿触发器允许在 CP 触发沿来到前一瞬间加入输入信号。这样，输入端受干扰的时间大大缩短，受干扰的可
9、能性就降低了。D 触发器功能表如表 2.2 所示。表 2.2 D 触发器功能表经分析 D 触发器功能表以及状态方程，可设计出其三进制原理图。 D 触发器构成的三进制计数器电路原理图如图 2.4 所示。武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书8图 2.4 由 D 触发器构成的三进制计数器电路由原理图可看出，此电路较为复杂，不仅应用了两个 D 触发器，还外加了74ls02 或非门和 74ls08 与门芯片，在连线时需要耗费一定的精力，而且成本较高，不宜采纳。方案二：采用 J-K 触发器主从 JK 触发器是在主从 RS 触发器的基础上组成的。 在主从 RS 触发器的R 端和 S 端分别增加一个两输入端
10、的与门 G11 和 G10，将 Q 端和输入端经与门输出为原 S 端，输入端称为 J 端，将 Q 端与输入端经与门输出为原 R 端，输入端称为 K 端。主从 JK 触发器没有约束条件。在 J=K=1 时,每输入一个时钟脉冲，触发器翻转一次。触发器的这种工作状态称为计数状态，由触发器翻转的次数可以计算出输入时钟脉冲的个数。J-K 触发器的芯片管脚图及由其构成的三进制计数器电路图分别如下图 2.5和图 2.6 所示。武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书9图 2.5 74LS76 芯片引脚图 图 2.6 J-K 构成的三进制计数器 由原理图可看出此电路图较之上一方案要简单，所用元器件少，因此采用此
11、方案作为三进制计数器的原理图。2.3 开关控制电路的设计本设计选择用 72LS138 数据选择器与显示灯连接，并由开关控制灯的亮灭情况。设译码器与显示驱动电路的使能控制信号为 E 和 F，E 与译码器 74LS138 的使能输入端 E1 相连接，F 与显示驱动电路中与非门的一个输入端相连接。由总体逻辑功能可知，E 和 F 与开关控制变量，K1、K2 以及时钟脉冲 CP 之间的关武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书10系如表 2.3 所示。表 2.3 使能控制信号与开关控制变量、时钟脉冲的关系经以上分析，可以得出开关控制电路的原理图，设计出两种开关电路的方案，分别如图 2.7 和图 2.8 所
12、示。方案一：开关控制电路一图 2.7 开关控制电路（1）武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书11方案二：开关控制电路二图 2.8 开关控制电路（2）经分析，两种方案都能够实现开关控制电路对整个电路图的功能控制，只是在应用门电路时及在制作结构上稍有不同而已从个人角度来说，觉得两种方案的开关控制电路没有实质的优劣之分。因此本设计可以选择方案一作为最终的开关控制电路。2.4 尾灯状态电路的设计尾灯状态显示电路也是此设计中的一个重要环节，它可以从直观上反映此设计的成功与否。在仿真过程中的电路调试环节中，主要便是通过观察其法官情况来断定电路的好坏，因此选择合适的尾灯状态电路是至关重要的。本实验的尾灯状
13、态电路可以由 6 个发光二极管和若干电阻串联起来组成，当发光二极管正向导通时，有发光现象，当发光二极管反向截至时，无发光现象。以此判定电路设计的成败。在分析过程中设计出两种开关控制电路的方案，分别如图 2.9 和 2.10 所示。武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书12图 2.9 尾灯状态先是电路（1） 图 2.10 尾灯状态显示电路（2） 分析两种电路图可知，方案一较为简洁，少了六个非门的应用，节省了器材的消耗。而且同样能够实现相同的功能。所以选择方案一。2.5 译码与显示驱动电路的设计译码与显示驱动电路的功能是：在开关控制电路输出和三进制计数器状态的作用下，提供 6 个尾灯控制信号，当译
14、码驱动电路输出的控制信号为高电平时，相应指示灯点亮。因此，译码与显示驱动电路可用 74LS138 和 6 个与非门构成。图中，译码器 74LS138 的输入端 C、B、A 分别接 K1、Q1、Q0 。当图中 E=F=1、K1=1 时，对于计数器状态 Q1Q0 为 00、01、10，译码器输出依次为 0，使得与指示灯 D1、D2、D3 对应的输出端依次为高电平，从而使指示灯D1、D2、D3 依次顺序点亮，示意汽车左转弯；当图中 E=F=1、K1=1 时，对于计数器状态 Q1Q0 为 00、01、10，译码器输出依次为 0，使得与指示灯D4、D5、D6 对应的输出端依次为高电平，从而使指示灯 D4
15、、D5 、D6 依次顺武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书13序点亮，示意汽车右转弯；当图中 E=0，F=1 时，译码器输出为全 1，使所有指示灯对应的输出端全部为低电平，指示灯全部熄灭；当图中 E=0，F= cp 时，所有指示灯随 cp 的频率闪亮 。从而实现了 4 种不同模式下的尾灯状态的显示。表2.5.1 为 74LS138 译码器的功能真值表。（A2=C,A1=B,A0=A，S1=E1，S2=E2，S3=E3）74LS138 的管脚图和功能表如下图 2.11 和表 2.5 所示。图 2.11 74LS138 译码器管脚图表 2.5 74LS138 的功能表3 电路仿真与分析3.1 参
16、数计算与器件选择电阻：由于 f 为 1Hz 左右适合观察即可，根据公式：f=1.43/C(R1+2R2)，所武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书14以选取 R1=10k，R2=510k，C1=C2=1F，其他电阻可选为 1k 即可。 电容：如上所述，电容均选 1F/25V。3.2 电路仿真总电路图根据 2 中对各部分电路的分析以及方案的比较，最后得出最终的电路原理图，其仿真图如下图 3.1 所示。图 3.1 汽车尾灯控制器电路仿真总图3.3 汽车尾灯控制器电路的工作原理汽车尾灯控制器电路的工作原理图如上图 3.1 所示，经过以上所述的设计内容及要求的分析，可以将电路分为以下几部分说明：首先，
17、通过 555 定时器构成的多谐振荡器产生频率为 1Hz 的脉冲信号，该脉冲信号用于提供给由双 J-K 触发器构成的三进制计数器和开关控制电路中的三输入与非门的输入信号。其次，双 J-K 触发器构成的三进制计数器用于产生 00、01、10 的循环信号，此信号用来提供左转、右转的原始信号通过控制 E1 端来实现左转、右转。武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书15最后，左转、右转的原始信号输出的有效电平为高电平，所以直接接到发光二极管的正极，而且由控制端 F 和 CP 信号作为输入的 74LS00 提供的高低电位信号，同样接到左、右的 3 个汽车尾灯的正极。发光二极管的负极经电阻接地，这样只要发光
18、二级管正极输入高电平就发亮。4 电路安装与调试4.1 电路的安装对照已仿真成功的电路图在电路板上连接实际电路图。此过程中要注意元器件的合理布局，这样会使连线时更为方便，以省去不必要的麻烦，此外还可提高电路板的外观。还应注意 Vcc 与接地端的接法。安装完毕后，电路功能基本实现。4.2 电 路 的 调 试将外接电源接好后，一起打开开关时，六个发光二极管全灭，闭合 K1 打开 K2 时，D1 、D2、D3 循环闪动，闭合 K2 打开 K1 时，D4 、D5、D6 循环闪动，同时闭合 K1、K2 时，六个发光二极管同时闪动。证明电路安装成功，基本实现汽车尾灯控制器的控制要求。5 对成果的评价及改进评
19、价：本设计试验成功地实现了通过电路应用模拟汽车尾灯控制器的功能，设计中结合数电知识、模电知识以及电路知识，无论在仿真中还是在电路板的安装中，都基本实现了任务书中对汽车尾灯控制器的电路功能的描述的要求，实际电路接通电源后能够稳定地工作。改进：对器材的规格和信号的选择如果不正确，对实验会有很大的影响，正确选择器件是至关重要的。在进行实物安装时，要注意连线的技巧，这样可以使实物图更为美观，也更利于我们排查错误。仿真时应缩短时间延迟现象。武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书16结束语数字逻辑是电子科学与技术专业学生必修的一门专业基础课，我们进行数字电子课程设计是我们理论联系实际的最好途径，将书本上的
20、知识利用到实际的分析解决问题中去，这样使我们更加牢固的掌握分析与设计的基本知识与理论，更加熟悉的各种不同规模的逻辑器件，掌握逻辑电路的分析和设计的基本方法，为以后的学习奠定基础。本设计通过进两周的制作，最终基本实现了设计所要求的功能。仿真中有一定的时间延迟。此设计实现的功能是：汽车正常行驶时，所有尾灯全灭，当汽车右转弯时，车位右边三个灯循环闪动，当汽车左转弯时，车尾左边三个灯循环闪动，当汽车紧急刹车时，所有灯同时闪动。此次设计耗费了一定的人力、财力、劳力、脑力，特别是在安装电路板时花费较长时间。经过反复多次的连线拆线最终才能够做出与要求吻合的电路板。虽然电路外观不尽如人意，但成果是有目共睹的！
21、从一开始接受课程任务，到着手建立设计框图，再到查阅相关资料，确定电路图到最终制作成型，每一步都必须真诚付出。通过本次课程设计即汽车尾灯控制器的电路设计，更加深入了对多种芯片的接法以及功能表的了解。通过设计出秒脉冲电路，设计出三进制电路，控制开关的状态组合，设计尾灯状态显示电路等多个环节实现了对汽车尾灯控制器的电路的设计。通过这次课程设计，我深刻体会到了学好数电等课程的重要性，在此过程运用到了许多书本知识，有很多不懂的地方，都是通过查阅书本，上网查询或和同学探讨解决的，如果能够深刻体会到课本知识的精髓就会节约大量的时间。总之，本次课程设计体会颇多，不仅是自己在对所涉及到的知识有了更深的认识外，对
22、自己在动手能力，动脑能力也是有很大的提高。最后感谢学校，感谢指导老师给了我这个锻炼自己的机会！武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书17参考文献1. 伍时和.数字电子技术基础.北京:清华大学出版社,20092. 康华光 .数字电子基础.北京:高等教育出版社,19993. 许莉娅 .数字电路逻辑与设计.北京:北京理工大学出版社 ,20064. 路勇 .电子电路实验及仿真.北京:清华大学出版社 ,20045. 姚福安 .电子电路设计与实践.山东科学技术出版社,20026. 韩克 ,柳秀 .山电子技能与 EDA 技术.暨南大学出版社,20057. 阎石 .数字电子技术基础.高等教育出版社,20038
23、. 王一鸣 .数字电子技术试验指导.苏州大学出版社,2005 武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书18附录 1附表 元件清单名称 规格 数量510 K 110K 1电阻1K 8电容 1F/25V 2NE555 - 174LS00 - 274LS04 - 174LS10 - 174LS76 - 174LS86 - 174LS138 - 1发光二极管 - 6开关 - 2导线 - 若干武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书19附录 2附图 元器件管脚图74LS00 管脚图74LS04 管脚图 74LS10 管脚图 武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书2074LS76 管脚图 74LS86 管脚图 555 定时器的管脚图 74LS138 译码器管脚图武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书21
